وحدة التروس الكوكبية (الفلكية)

Planetary Gear Set (simple epicyclic gear train)

 

تركيب وحدة التروس الكوكبية:

جميع صناديق نقل الحركة الذاتي (الأوتوماتك) تعتمد في عملها على وحدات التروس الكوكبية لنقل القدرة وتكبير عزم المحرك الواصل إلى محور الإدارة. مجموعة التروس المركبة (Gear Train) تضم على الأقل وحدتين من التروس الكوكبية البسيطة, للحصول على عدد كبير من نسب التخفيض لتوفير الأداء الأمثل للسيارة. وقد تستخدم وحدات التروس الكوكبية مع صندوق التروس اليدوي, حيث تركب مع خرج صندوق لتعطي تخفيض فوق السرعة (overdrive), نسبة تخفيض موجبة أقل من 1.   

 

تتكون الوحدة البسيطة من ثلاث أجزاء, الترس الشمسي (sun gear), وحامل (carrier) مركب عليه مجموعة من التروس الكوكبية (planetary pinion gears), بالإضافة إلى حلقة بها ترس داخلي تسمى الترس الحلقي (ring gear or annulus).

ويكون وضع الترس الشمسي في منتصف الوحدة. وقد تكون أسنان الترس الشمسي أسنان خارجية عدلة أو مائلة, ويعشق الترس الشمسي مع التروس الكوكبية.

التروس الكوكبية هي مجموعة من التروس الصغيرة مركبة على حامل يصنّع من الحديد الزهر أو الألمنيوم أو من ألواح من الصلب, وبالحامل عمود لكل ترس من التروس الكوكبية. وتدور تلك التروس الكوكبية حول العمود من خلال رمان بلي أبري. ويعتبر الحامل والتروس الكوكبية جزء واحد. وتحيط التروس الكوكبية بمركز الترس الشمسي, ويدور الحامل وأعمدة التروس الكوكبية حول محور دوران الترس الشمسي. في هذه الحالة تدور التروس الكوكبية حول نفسها (أعمدة الحامل) وتدور في نفس الوقت حول مركز الترس الشمسي (كما هو الحال بالنسبة للكواكب في المجموعة الشمسية, وهو الأساس لتسمية هذه الوحدة).

ويحيط بالتروس الكوكبية من الخارج الترس الحلقي, الذي هو أكبر جزء بالوحدة. تعشق أسنان الترس الحلقي الداخلية مع أسنان التروس الكوكبية.

 

كيف تعمل الوحدة الكوكبية:

يمكن لجميع أجزاء الوحدة البسيطة, الترس الشمسي, الحامل, الترس الحلقي, من الدوران (اللف حول المركز) أو يمكن منع دورانهم.

لنقل القدرة عن طريق الوحدة يجب منع دوران واحد من أجزاء الوحدة, أو وصل جزأين من الوحدة معاً ليشكلوا جسم واحد. ويمكن استخدام أن جزء من الوحدة كعنصر إدارة (الدخل) (input) والعنصر المدار (الخرج) (output) ويجب أن يكون واحد من الأجزاء مثبت (held, fixed, stationary) ومتوقف عن الدوران, أما الجزء الثالث فيكون عنصر خرج (output) أو عنصر إدارة(input).

تتحدد زيادة العزم أو السرعة عند عمل الوحدة على أي من الأجزاء بالوحدة هو عنصر الإدارة وأيهم هو الجزء الثابت .

ولتتذكر مقدار نسبة التخفيض وعمل المجموعة, يأخذ التالي في الاعتبار:

-         في حالة أن الحامل هو عنصر الدخل, فتكون نسبة التخفيض موجبة أقل من 1. هذا يزيد السرعة ويقلل العزم.

-         في حالة أن الحامل هو عنصر الخرج, فتكون نسبة التخفيض أكبر من 1. هذا يقلل السرعة ويزيد العزم.

-         في حالة أن الحامل هو الجزء المثبت, فتكون نسبة التخفيض سالبة. هذا يجعل دوران الخرج عكس دوران الدخل.

التحكم في عمل الوحدة الكوكبية:

للتحكم في عمل الوحدة تستخدم فرملة (شريط خارجي) لتثبيت أحد أجزاء الوحدة وقابض (احتكاكي متعدد الأقراص) لوصل جزأين من الوحدة معاً. ويتم التحكم في عمل الفرملة والقابض ذاتياً (أوتوماتيكياً) للحصول على نسب التخفيض المطلوبة حسب ظروف التشغيل الأمثل للسيارة.

كيفية حساب نسبة التخفيض لوحدة التروس الكوكبية:

يمكن حساب نسبة التخفيض لوحدة التروس الكوكبية باستخدام المعادلة التالية:

حيث:  s          = عدد أسنان الترس الشمسي           a = عدد أسنان الترس الحلقي           NS = سرعة دوران الترس الشمسي (لفة/ دقيقة)           NA = سرعة دوران الترس الحلقي (لفة/ دقيقة)           NC = سرعة دوران الحامل (لفة/ دقيقة)

* لا تدخل عدد أسنان التروس الكوكبية (p), وسرعة دوران التروس الكوكبية حول محورها (N_P) في المعادلة.

 

في حالة تثبيت أي من التروس الوحدة (*) تكون سرعة دورانه صفر أي (N_* = 0)

 

- حالة تثبيت الترس الشمسي, ويكون الحامل (C) هو العنصر الداخل والترس الحلقي (A) هو العنصر الخارج تصبح المعادلة السابقة كالتالي:

	وعليه تكون نسبة التخفيض (ig) لهذا الترتيب (أ) كالتالي:

                           

وبالمثل يمكن الحصول على باقي النسب كالتالي:

 

# وتكون سرعة العنصر الخارج تساوي سرعة العنصر الداخل مقسومة على نسبة التخفيض.

 

لحساب سرعة خرج الوحدة في الحالات المختلفة يمكن الرجوع لبرنامج أكسل لحساب تخفيض وسرعة الخرج لوحدة تروس كوكبية. والمطلوب إدخال عدد أسنان الترس الشمسي (s), عدد أسنان الترس الحلقي (a) والترس الداخل (A, C or S), والترس الداخل(C, S or A) , كذلك سرعة الترس الداخل (N_input). سيقوم البرنامج بحساب عدد أسنان الترس الكوكبي (p) (لن يدخل في الحسابات), وبيان الترس المثبت(S, A or C) , وحساب قيمة نسبة التخفيض للوحدة (i_g) بناء على هذا الترتيب, وحساب سرعة عنصر الخرج (N_output). مع بيان شكل الوحدة حسب الترتيب المعطى.

*برنامج أكسل لحساب نسبة تخفيض وحدة تروس كوكبية.

 

ويبين الجدول التالي حالات عمل الوحدة البسيطة للتروس الكوكبية حيث يبين السرعة والعزم واتجاه الدوران.

    

 

مجموعة التروس الكوكبية

Planetary (Epicyclic) Gear Train

 

يستخدم ناقل الحركة الذاتي (الأوتوماتيكي) عدة وحدات من التروس الكوكبية متصلة على التوالي للحصول على نسبة التخفيض المطلوبة لتوفير الأداء الأمثل للسيارة. عند تجميع عدة وحدات من التروس الكوكبية معاً تسمى مجموعة التروس (gear train). وخلال هذه المجموعة يكون خرج الوحدة الأولى هو دخل الوحدة الثانية, وتكون نسبة التخفيض الإجمالية هي حاصل ضرب نسبة تخفيض الوحدة الأولى مضروبة في نسبة تخفيض الوحدة الثانية. ويتم التحكم في عمل الوحدات عن طريق فرملة (شريط خارجي) لتثبيت الأجزاء, وقابض متعدد الأقراص لوصل جزأين من الوحدة معاً.

 

 حيث:

K₁ = قابض رقم 1

K₂ = قابض رقم 2

B₁ = فرملة رقم 1

B₂ = فرملة رقم 2

N  = نقلة الحياد

1  = النقلة الأولى
2  = النقلة الثانية

3  = النقلة الثالثة (مباشر)

 R = النقلة الخلفية

 

J 2006, www.thecartech.com

د/   قاسم مراد (تقنية   السيارات)